城市地下空间工程专业毕业论文

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题目地铁站基坑开挖支护设计专业城市地下空间工程

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摘要

基坑工程是指在地表以下开挖的一个地下空间及其配套的支护体系。而基坑支护就是为保证基坑开挖，基础施工的顺利进行及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁以及周边环境采用的支挡，加固与保护措施。

基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大风险，基坑工程具有很强的区域性。不同水文，工程地质环境条件下基坑工程的差异很大。基坑工程环境效应复杂，基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全稳定，而且要有效的控制基坑周边地层移动以及保护周围环境。

本文先介绍了枣园站的工程概况，包括水文地质和周围环境，然后通过结合对现有基坑开挖支护工法和车站实际情况的比较选择出了适合本站的开挖支护方案。下来通过土压力的计算、结构内力的计算，配筋、验算、支撑设计、变形估算等对基坑的开挖支护作了理论上的数据分析，最后通过施工组织说明了各个工序施工的工法和应注意的问题。

关键词：支护方案，地下连续墙，支撑，施工组织设计

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Abstract

Foundation Pit is the excavation of an underground space below the surface and a coordinated support system. Bracing of foundation pit is to ensure that excavation and foundation construction for the smooth and safe environment Foundation Pit and used the pit retaining wall reinforcement and protection.

Bracing of Foundation Pit structure is the structural safety of temporary reserves are smaller, more risk. Foundation pit structure has a strong regional. Excavation works under different hydrological environmental and geological conditions are vastly. Effects complex excavation, excavation pit is not only necessary to ensure their own safety，but also to effectively control the pit surrounding strata.

First，the paper introduces the general engineering situation of Zaoyuan Station，Including hydrological geology and the environment，Then，based on the existing foundation pit excavation method and station actual situation select the suitable for the station of the excavation and support scheme。And then， through the soil pressure calculation, structure calculation, reinforcement, checking, support design, deformation estimation ，then made a theoretical analysis of the data for the excavation of foundation pit supporting。Finally ， through the construction organization describes the construction process of the method and the problem which should be noted.

KEY WORDS: Supporting scheme, the Underground continuous wall, Support, Construction organization design

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第一章工程概况 ............................................... 1 1.1 工程简介 ................................................. 1 1.2 工程地质与水文地质条件 .................................. 1 1.2.1 车站工程地质层分布与特征描述 ......................... 1 1.2.2 水文地质条件 ........................................ 2 1.2.3 特殊地质条件 ......................................... 3 第二章支护方案的选择与比较 ................................... 4 2.1 基坑支护的类型及其特点和适用范围 ......................... 4 2.1.1 深层搅拌水泥土围护墙 ................................. 4 2.1.2 土钉墙 ............................................... 4 2.1.3 排桩支护 ............................................. 5 2.1.4 槽钢钢板桩 ........................................... 5 2.1.5 钻孔灌注桩 ........................................... 5 2.1.6 钢板桩 ............................................... 6 2.1.7 SMW工法 .............................................. 6 2.1.8 地下连续墙 ........................................... 6 2.2 方案的比较及确定 ......................................... 7 2.2.1 基坑的特点 ........................................... 7 2.2.2 支护方案的选择 ....................................... 8 第三章土压力计算 ............................................ 10 3.1 地面荷载的确定 .......................................... 10 3.2 按分层土计算土压力 ...................................... 10 3.3 土层力学参数平均值 ...................................... 13 第四章结构内力计算 .......................................... 15 4.1 计算理论的确定 .......................................... 15

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4.2 结构内力计算及配筋 ...................................... 15 4.2.1 土压力计算 .......................................... 15 4.2.2 用等值梁法计算弯矩 .................................. 18 4.3 地下连续墙的配筋计算 .................................... 25 4.3.1 纵筋配置 ............................................ 25 4.3.2 水平筋配置 .......................................... 28 第五章基坑稳定性分析 ........................................ 29 5.1 基坑的整体稳定性验算 .................................... 29 5.2 基坑的抗隆起稳定验算 .................................... 29 5.3 基坑的抗渗流稳定性验算 .................................. 31 第六章支撑设计 ............................................. 32 6.1 方案比较 ................................................ 32 6.2 围檩设计 ................................................ 32 6.3 支撑设计 ................................................ 34 第七章基坑变形估算及控制 ................................... 36 7.1 概述 .................................................... 36 7.2 基坑的变形估算 ........................................ 36 7.2.1 水平位移估算 ........................................ 36 7.2.2 基坑隆起估算 ........................................ 36 7.2.3 地表沉降估算 ........................................ 37 第八章施工组织设计 ......................................... 38 8.1 施工场地的布置 .......................................... 38 8.2 地下连续墙的施工 ........................................ 38 8.2.1导墙施工 ............................................ 38 8.2.2 槽段开挖 ............................................ 40 8.2.3 地下墙接头形式 ...................................... 43 8.2.4 钢筋笼整幅吊装措施 .................................. 44

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8.2.5泥浆系统 ............................................. 44 8.3工程质量的保证 .......................................... 48 8.4 文明施工措施 ............................................ 48 8.5 环境保护措施 ............................................ 49 结论 ......................................................... 50 致谢 ......................................................... 51 参考文献 ..................................................... 52 附录 ......................................................... 54

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前言

基坑工程是我国当前地基基础领域一个重要的研究方向。基坑工程在二十世纪八十年代末才开始全面、深入地研究与工程实践，但随着我国建设事业的发展，城市的高层建筑大量涌现，极大的推动了深基坑工程设计理论和施工技术的不断发展，同时也产生了大量的深基坑支护设计与施工问题。

国内外大量工程实践表明，许多工程的最危险阶段不一定是在正常使用阶段，而是在建造阶段和老化阶段。对许多工程事故常常发生在施工阶段而言，其原因除了施工质量没有保证、施工方法发生了不合理的改变、人为错误等原因以外，重要原因之一是由于对环境、地质、荷载等因素认识不足而导致设计和施工中的某种失误和疏忽所致。

深基坑工程是与众多因素相关的综合技术，是一个系统的工程问题，必须具有结构力学、土力学、地基基础、地基处理、原位测试等多种学科知识，同时具有丰富的施工经验，并结合拟建场地的土质和周围环境情况，才能制定出因地制宜的支护结构方案和实施办法。它与场地工程勘察、支护结构设计、施工开挖、基坑稳定、降水、施工管理、现场监测、相邻场地施工相互影响等密切相关。基坑设计与施工涉及地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、气候变化、地下水动态、施工程序和方法等许多相关的复杂问题，是理论上尚待完善、成熟和发展的综合技术学科。如何根据场地工程性质、水文地质、环境条件制定合理的设计方案；如何在保证稳定性的前提条件下，设计最经济的方案，也是基坑比较重要的问题。因此在基坑工程设计与施工中，需要严谨、周密的分析与计算。

本设计主要包括了四个大的方面：1、工程概况的论述及支护方案的比选，2、围护结构设计与计算，3、基坑的降排水4、施工组织设计。根据基坑的工程概况及其特点，在考虑基坑的安全性和经济性的前提下选择了地下地下连续墙加四道纲支撑作为支护方案，采用郎肯理论计算水土压力，通过结构荷载法计算墙体内力、弯矩和嵌固深度。5、根据深基坑施工组织规范详细的叙述了地下连续墙的施工工艺流程和施工要点。

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第一章工程概况 1.1 工程简介

枣园站位于枣园西路与枣园北路交叉路口西侧，枣园西路北侧的规划绿化带内，与枣园西路平行布置，周边的现状与规划均以居住为主，车站西北侧为建设中的万国地产万国城，东北侧为大马路村的建设用地，规划为高层商住楼，西南侧为西安骊山汽车厂的三四零二社区，东南侧为丰盛园小区和爱菊佳园等住宅小区。枣园西路为西安市城区至咸阳的主干道，道路交通繁忙，车流量较大，规划道路宽度60米，双向八车道，道路北侧规划绿地宽度30m，道路南侧规划绿地宽度20m。

1.2 工程地质与水文地质条件

1.2.1 车站工程地质层分布与特征描述

根据本次钻探揭露，拟建场地地基土的组成自上而下为：人工填土；第四系上更新统风积新黄土、残积古土壤；上更新统及中更新统冲积粉质粘土及砂类土等。现将各层地基土按层序分述如下：

1-1杂填土Q4ml：黄褐～深褐色，局部为杂色。土质不均，上部以建筑垃圾为主，局部含较多灰渣、灰土等。该层顶面普遍分布10～30cm厚的混凝土或沥青面层。

1-2素填土Q4ml：黄褐～深褐色。顶部分布有15～20cm的混凝土或沥青路面，土质不均，成分以粘性土为主，局部含少量灰渣及砖瓦碎块等，局部含少量粉细砂。硬塑。局部具轻微～中等湿陷性。属中等偏高压缩性土，局部具高压缩性。

3-1新黄土Q3eol：褐黄色。土质均匀，针状孔隙发育，含微量氧化铁、钙质条纹及零星蜗牛壳碎片。可塑（液性指数平均值IL=0.30），个别土样软塑。上部土样具轻微～中等湿陷性，局部具自重湿陷性。属中等压缩性

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土，个别土样具高压缩性。

3-2古土壤Q3el：棕黄～浅棕红。土质较均匀，具块状结构，含多量钙质条纹及钙质结核，底部钙质结核较为富集，局部富积成薄层。可塑（液性指数平均值IL=0.43）。属中等压缩性土。

3-4粉质粘土Q3al：褐黄～浅灰黄色，局部灰白色。土质不匀，可见少量氧化铁、黑色锰质斑点，底部局部含砂颗粒，该层中部局部含中砂透镜体。可塑（液性指数平均值IL=0.33-0.51）。属中等压缩性土。

3-6粉细砂Q3al：黄褐色，部分地段呈灰黄色。成份以石英、长石为主，云母片及暗色矿物次之，局部下部夹中砂透镜体或含较多中砂颗粒，含泥量少。级配较差。密实（标准贯入试验击数平均值N＝36.5-61.0）。湿度部分稍湿，部分饱和。

3-7中砂Q3al：黄褐～灰黄色。成份以石英、长石为主，云母片及暗色矿物次之，局部顶部夹粉细砂透镜体。级配差。密实（标准贯入试验击数平均值N＝33.3-49.3）。湿度稍湿或饱和。 1.2.2 水文地质条件

（1）地下水位：

枣园站浅部主要地层为第四系晚更新统风积、残积层和冲积层。本次勘察期间测得地下水水位埋深为24.70～26.80m，地下水位高程为366.91～369.00m。自西向东地下水位逐渐抬升。地下水位与季节、气候、地下水赋存、补给及排泄有密切的关系。丰水期（10月～3月）间，地下水位会有所上升；旱季期间，地下水位会有所下降，水位年变化幅度为约2.00m。

受西郊水源地抽取地下水影响，致使近年来该区域地下水位下降较多。（2）地下水类型、赋存方式、补给及流向：

拟建场地地下水主要为第四系孔隙潜水。主要赋存于冲、洪积砂层中，预测水量较大。本段第四系孔隙水含水层主要有中砂层3-7-3等。冲积粉质粘土为相对隔水层。根据区域地质资料，本区潜水含水层底板约在70～80m。

（3）地下水水质特征及水、土腐蚀性：

场区地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋在干湿

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2.2.2 支护方案的选择

根据本工程的特点，设计时此基坑有可能采用的几种支护形式从技术上和经济上进行了分析比较。

1．采用钻孔灌注桩作为挡土结构、深层水泥搅拌桩为止水帷幕及结合三道钢管内支撑的支护体式。

优点：钻孔灌注桩施工容易、造价较低，目前此种技术比较成熟。另深层水泥搅拌桩为止水帷幕时有好的效果防水。钢管内支撑具有拼装方便、施工速度快并可以多次重复使用等优点，并可施加预应力。此时支护结构有一定的安全性和经济性。

缺点：主体结构深度太大，地下水位较高，施工难度较大。 2．主体采用地下连续墙及钢支撑

优点：施工振动小，噪音低，非常适于城市施工；墙体刚度大，防渗性能好，可以贴近施工；适用于多种地基条件，可以作为刚性基础；占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间；工效高，工期短，质量可靠，经济效益高。本方案充分考虑了基坑上层土层滞水，面积大（在交通干线旁），高度大等特点。主体采用地下连续墙强度高又可以止水，并成为基础的结构部分，与后浇的内衬共同组成永久性结构的侧墙。机械化程度高，能保证工期，是比较安全可靠的施工方法。交通层高度不大，采用人工挖孔桩是安全有效的，并在一定程度上降低了工程造价。

缺点：地下连续墙作为挡土结构时造价比较高；在一些特殊地质条件下施工难度大；还须有泥浆处理条件，对废泥浆的处理会造成环境污染。施工中如出现槽壁坍塌问题会引起邻近地面沉降，墙体混凝土超方。

由于枣园站周围都是高层住宅或是规划中的高层，所以对整个车站建设过程的要求都比较高。根据西安市环境保护局的规定，邻近市民居住群的建筑施工在晚上22时30分以后必须停止施工，这样对本站的建设工期提出了严峻的考验，为了应对这一问题，地下连续墙工法是有绝对优势的，它不但在降低噪音要求可以不用考虑对周围居民的影响，而且这种工法在施工工期问题上也有一定的优势，它的整个施工过程机械化程度高，使施工效率大大推高，可以减少按预定工期完成建设的压力。其次，枣园站南

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面毗邻交通主干道，其余周围都是已建成的住宅小区，周边的现状与规划均以居住为主，车站西北侧为建设中的万国地产万国城，东北侧为大马路村的建设用地，规划为高层商住楼，西南侧为西安骊山汽车厂的三四零二社区，东南侧为丰盛园小区和爱菊佳园等住宅小区。施工场地占用空间有限，工作展开比较困难，而连续墙它可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，能够充分发挥其经济效益，在施工过程中，不会引起地面沉降，因此对周围建筑没有丝毫影响的优点，在这一问题的解决上有绝对的优势。

再者，地下连续墙作为本基坑的开挖支护方案，它在访渗性能好反面也有相当的作用，根据地质勘查报告，3-7中砂层存在上层滞水，而连续墙作为开挖支护方案对中砂层的滞水有很好的防渗能力，也对建成后的车站有防水防渗方面的保护。地下连续墙工法在诸多方面都满足周围环境的要求，所以通过综合比较选择第二种开挖支护方案，也就是采用地下连续墙工法作为本基坑的开挖支护方案。

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第三章土压力计算

3.1 地面荷载的确定

枣园站周边的现状与规划均以居住为主,车站西北侧为建设中的万国地产万国城,东北侧为大马路村的建设用地,规划为高层商住楼,西南侧为西安骊山汽车厂的三四零二社区,东南侧为丰盛园小区和爱菊佳园等住宅小区。枣园西路为西安市城区至咸阳的主干道,道路交通繁忙,车流量较大。因此取上部荷载为20kpa。

由于枣园站开挖深度在17.4m 以内，而地下水水位埋深为24.70～26.80m，地下水对基坑的开挖和支护影响不大，故选择水土分算的原则计算。

3.2 按分层土计算土压力

本工程场地平坦，土体上部底面超载20kPa，在影响范围内无建筑物产生的侧向荷载，且不考虑施工荷载及邻近基础工程施工的影响，假定支护墙面垂直光滑，故采用郎肯土压力理论计算。

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表3.1 土体物理学参数

（1）计算方法：按朗肯理论计算主动与被动土压力强度，其公式如下：

Pa??q???ihi?Ka?2cKa (3.1) Pp??q???ihi?KP?2cKP (3.2)

式中